فهرست مطالب

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد - پیاپی 63 (زمستان 1401)

نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 63 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/10/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • آرش بهزادی نژاد، عباس محصل*، حمید امیدوار، نادر ستوده صفحات 1-15
    در پژوهش حاضر رفتار مکانیکی قطعات آلیاژی AM60 جوشکاری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی تحت تاثیر تعداد پاس اختلاط و حضور نانو ذرات آلومینیا بررسی شد. بررسی های میکروسکوپی نشان داد افزایش سرعت دوران ابزار کار در ناحیه بهم خورده جوش باعث افزایش دما و افزایش کرنش و در نتیجه کاهش اندازه دانه و افزایش بیشتر دما باعث رشد دانه می شود. نتایج به وقوع تبلور مجدد دینامیکی در منطقه اختلاط یافته جوش، وقوع تبلور مجدد ناقص در منطقه متاثر از تغییرشکل پلاستیک و حرارت و رشد دانه ها در منطقه متاثر از حرارت جوش دلالت داشت. سرعت دوران rpm1200به عنوان سرعت دوران بهینه برای ریزدانگی، سختی و استحکام نهایی کششی استنتاج شد. در حضور نانو ذرات، اندازه دانه ها کاهش یافت اما بدلیل رقابت دو عامل بالا سرعت دوران بهینه تغییر نکرد. در عدم حضور نانوذرات، افزایش تعداد پاس اختلاط منجر به کاهش اندازه دانه ها شد اما در نمونه های دارای نانوذرات آلومینا، هرچند که وجود ذرات تقویت کننده منجر به کاهش اندازه دانه ها شد ولی افزایش تعداد پاس اختلاط، تاثیر محسوس در کاهش اندازه دانه ها نداشت. نتایج XRD نشان داد اختلاط مواد در حین عملیات جوشکاری منجر به حلالیت ترکیب Mg17Al12 می شود. در نمونه های با نانو ذرات آلومینا نسبت به نمونه های بدون ذرات، در یک سرعت دوران معین، سختی و استحکام بیشتر افزایش یافت. با افزایش سرعت دوران، میزان نش های برشی در حین عملیات جوشکاری افزایش یافته و منجر به کاهش اندازه ذرات آلومینای آگلومره شده و بهبود چقرمگی شد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی، آلیاژ AM60، سرعت دوران، پاس اختلاط، آگلومره
  • ناهید حسن زاده نعمتی*، محمد بابایی، عرفان چیذری، داود ملک پژو صفحات 17-25
    آلیاژهای بر پایه روی (Zn) با کنترل فرآیند تولید قابلیت ظهور طیف گسترده ای از خواص مورد نیاز برای کاربرد در کاشتنی های کوتاه مدت درون تنی را دارند. برای این منظور در پژوهش حاضر پودر آلیاژی با ترکیب Wt Mn%4-Zn از طریق آلیاژسازی مکانیکی در سه زمان 10، 20 و 30 ساعت تهیه و قطعات آلیاژی از طریق فرآیند تف جوشی جرقه پلاسما (SPS) ساخته شدند. عملیات حرارتی قطعات تولیدی در سه دمای150، 200و250 درجه سانتی گراد انجام گردید. نمونه ها با استفاده از آزمون های پراش اشعه ایکس (XRD) ، خوردگی پلاریزاسیون دینامیکی و ارزیابی زنده مانی سلولی MTT مشخصه یابی شدند. همچنین مورفولوژی سطح نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد افزایش زمان آسیاب به 30 ساعت ترکیبی همگن تر ایجاد نموده، همینطور نمونه عملیات حرارتی شده در دمای °C250 دارای بالاترین میزان مقاومت به خوردگی است. زنده مانی سلولی نمونه عملیات حرارتی شده در این دما نسبت به نمونه های دیگر زنده مانی بیشتری نشان داد. انتظار می رود نتایج این مطالعه در کاربردهای کوتاه مدت درون تنی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: آلیاژ روی-منگنز، تف جوشی جرقه پلاسما، آلیاژ سازی مکانیکی، زیست تخریب پذیر، عملیات حرارتی
  • سیده زهرا انوری*، مهدی رجبی، صفورا عشاقی صفحات 27-40
    در این تحقیق اتصال نانو کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات آلومیناید وانادیوم با استفاده از فرآیند اتصال فاز مایع گذرا و ارزیابی خواص آن، مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. همچنین اثر تغییرات دما و زمان اتصال بر خواص اتصال بررسی شد. برای این منظور ابتدا نانو کامپوزیت Al-Al3V جهت اتصال آماده سازی شد. از فلز مس به عنوان لایه واسطه، استفاده شد و اتصال این قطعات به روش فاز مایع گذرا، در دماهای 560، 580 و 600 درجه سانتی گراد و زمان های 20، 40 و 60 دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. جهت ارزیابی ریز ساختار درز اتصال و اطراف آن از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. همچنین بررسی استحکام برشی اتصال ها توسط دستگاه تست فشار انجام شد. نتایج نشان داد در دمای 580 و 600 درجه سانتی گراد اتصال بهتری نسبت به بقیه نمونه ها ایجاد شده است. با افزایش دمای اتصال، حجم مذاب ایجاد شده در درز اتصال بیشتر شده و لذا سطح وسیع تری از درز اتصال توسط مذاب پر شد. با توجه به نمودارهای سختی سنجی بدست آمده بیشترین میزان سختی در درز اتصال و اطراف آن در دمای 600 درجه سانتی گراد در زمان 20 دقیقه است که دلیل آن نفوذ مس و ذرات رسوبی Al2Cu بیشتر در اطراف درز اتصال است. بیشترین استحکام برشی مقدار 65 مگاپاسکال برای اتصال ایجاد شده در دمای 600 درجه سانتی گراد در زمان 40 دقیقه به دست آمد.
    کلیدواژگان: فرایند اتصال فاز مایع گذرا، نانو کامپوزیت، کامپوزیت های زمینه آلومینیومی، لایه واسطه، استحکام برشی
  • ابوالحسن نجفی*، غلامرضا خلج، میلاد رحمانی آزاد صفحات 41-52
    درتحقیق حاضر، نانوذرات ZrB2 با استفاده از روش سل-ژل سنتز شدند.از آلکوکسیدزیرکونیوم به عنوان منبع Zr واز اسید بوریک به عنوان منبع بور استفاده گردید.اندازه ذرات پیش سازنده در ابعاد نانومتری با استفاده از پارامتر pH در داخل سل کنترل شدندو تشکیل جوانه های اولیه فاز ZrB2 و میزان بلوری شده آنها با استفاده از پارامتر دما بررسی گردید. نتایج DLS نشان داد که اندازه ذرات پیش سازنده در داخل سل در عدد pH کمتر از5، زیر 10 نانومتر بودند. مخلوط کردن ذرات پیش سازنده در ابعاد مولکولی در داخل سل یکی از دلایل مهم در کاهش دمای سنتز ذرات ZrB2 بود. نتایج FTIR روی پیوندهای شیمیایی نشان داد که پیوندZr-B در داخل پودر ژل تشکیل شده است. نتایج DTA نشان داد که جوانه های اولیه ذرات ZrB2 در دمای حدود 1320 درجه سانتی گراد تشکیل شده است. مشاهدات XRD نشان داد که جوانه های اولیه فاز ZrB2در دمای حدود1500 درجه سانتی گراد کریستالیزه شده و رشد یافته اند.تحقیقات سطحی نشان داد که سطح ویژه ذرات سنتز شده ZrB2 معادل 115 متر مربع در گرم است و همچنین سطوح این ذرات متخلخل بوده و اندازه این تخلخل ها در محدوده مزو است. تجزیه و تحلیل SEM نشان داد که اندازه ذرات ZrB2 با مورفولوژی همگن در محدوده 50 نانومتر است. در نهایت، تجزیه و تحلیل ریزساختاری TEM نشان داد که ذرات ZrB2 به طور یکنواخت و منظم در ابعاد بسیار ریز تشکیل شده است.
    کلیدواژگان: نانومواد، مزوپور، فرایند سل-ژل، دی بوراید زیرکونیوم
  • امیرسالار دهقانی، مهدی طباطبایی، وحید ابوئی مهریزی* صفحات 53-68
    در این مطالعه تاثیر رنگ دانه آلی/معدنی هیبریدی بر پایه عصاره گل گاوزبان و استات روی بر خواص خوردگی پوشش اپوکسی استر بررسی شد. نتایج طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) نشان داد که خوردگی فولاد به طور قابل توجهی در محلول کلرید در حضور رنگ دانه هیبریدی ممانعت می شود. نتایج به دست آمده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی اشعه ایکس فوتوالکترون (XPS)، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، آزمون طیف سنج مریی فرابنفش (UV-Vis) و زاویه تماس استاتیک تشکیل کی لیت ها و کمپلکس های بازدارنده خوردگی در ساختار رنگ دانه را تایید کرد. نتایج نشان داد حضور رنگ دانه هیبریدی نه تنها سدی در برابر نفوذ عوامل خورنده بود، بلکه خواص بازدارندگی فعال پوشش اپوکسی استر را نیز به طور موثری افزایش داد. بازده بازدارندگی % 3/89 همین نکته را نشان می دهد. مقدار امپدانس فرکانس پایین پوشش اپوکسی استر در غیاب و حضور رنگ دانه هیبریدی به ترتیب از MΩ cm2 344 به MΩ cm2 6056 افزایش یافت. این پارامتر پس از 45 روز برای نمونه خام و حاوی رنگدانه به ترتیب MΩ cm2 2/4 و MΩ cm2 200 محاسبه شد که نشان دهنده نقش رنگ دانه در افزایش عملکرد سدی پوشش است. افزایش مقاومت کلی معادل Ω cm2 16343 پوشش اپوکسی استر حاوی رنگ دانه با خراش مصنوعی نقش بازدارندگی فعال رنگ دانه هیبریدی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: رنگدانه هیبریدی آلی، معدنی، اپوکسی استر، خوردگی، EIS، XPS
  • نجمه متولی زاده اردکانی، سعید باغشاهی*، صبا پی رزم، امیرتیمور علی آبادی زاده صفحات 69-78
    با کنترل شرایط سنتز می توان به ذرات هماتیت با شکل های هندسی مختلف و در نتیجه خواص نوری و مغناطیسی متفاوتی دست یافت. در این پژوهش، از روش هیدروترمال به دلیل پتانسیل بالای آن برای سنتز طیف گسترده ای از ذرات با شکل ها و اندازه های متفاوت، برای سنتز ذرات هماتیت استفاده شد. در این تحقیق بدون استفاده از حلال های آلی رایج و بر خلاف اکثر تحقیقات پیشین که بر روی خواص مغناطیسی هماتیت متمرکز بوده، به کنترل شکل ذرات هماتیت و سنتز این ذرات به شکل نانو صفحه جهت افزایش خواص رنگی این ماده در نور مریی پرداخته شده است. نمونه ها در دمای 180 و 250 درجه سانتی گراد و pH برابر 5، 7 و 11 سنتز شدند. ترکیب فازی، شکل ذرات و خواص نوری ذرات حاصل با استفاده از روش ها ی XRD، SEM، FTIR و DRS مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش pH، رنگ پودر هماتیت حاصل به دلیل کوچک تر شدن اندازه ذرات و در نتیجه جذب نور بیش تر تیره تر شد. تصاویر SEM مشخص کرد با افزایش pH تمایل به صفحه ای شدن ذرات هماتیت کاهش و با کاهش pH تمایل به صفحه ای شدن ذرات افزایش یافت. افزایش دما تمایل به پولکی شدن را کاهش داد و باعث کروی تر شدن شکل ذرات هماتیت شد و با کاهش اندازه ذرات، جذب نور بیشتر شده و رنگ ذرات تیره تر شد.
    کلیدواژگان: هماتیت، رنگدانه قرمز، سنتز، هیدروترمال، رنگ سنجی
  • علیرضا حسینی*، میناسادات امامیان، مصطفی علیشاهی صفحات 79-93
    در این پژوهش پوشش های Ta، TaC و TaSiC به روش کندوپاش مگنترونی غیرواکنشی لایه نشانی شده و خواص ساختاری، ریزساختاری، مکانیکی و خوردگی بررسی شده است. نتایج XRD نشان دادند که پوشش Ta ساختار کریستالی تانتالم α، پوشش TaC ساختار کریستالی TaC0.6 و پوشش TaSiC ماهیت شبه آمورف از خود نشان دادند. در این ارتباط، پوشش Ta ریزساختاری ستونی با زبری بالا و تنش پسماند کششی از خود نشان داد، در حالی که افزودن کربن و سیلیسیم به پوشش سبب فشرده شدن ریزساختار، کاهش زبری سطح و تغییر ماهیت تنش پسماند از کششی به فشاری شد. همچنین نتایج آزمون نانوفرورونده نشان داد که افزودن کربن به پوشش تانتالم باعث افزایش حدود چهار برابری سختی پوشش می شود، ولی افزودن سیلیسیم به پوشش TaC سختی پوشش را اندکی کاهش می دهد. مطالعات خوردگی نشان داد همه پوشش ها نسبت به زیرلایه ST37 ماهیتی کاتدی از خود نشان دادند که می تواند منجر به خوردگی گالوانیک شود. علاوه بر این نتایج خوردگی نشان داد که پوشش Ta بازده حفاظتی به میزان ٪9/78 برای فولاد ساده کربنی را به همراه دارد و افزودن کربن و سیلیسیم به پوشش سبب افزایش بازده حفاظتی به مقادیر ٪1/90 و ٪5/95 به ترتیب برای پوشش های TaC و TaSiC می شود .در این ارتباط نقش این عناصر در فشردگی پوشش و کاهش مسیرهایی که محلول خورنده می تواند به زیرلایه برسد، کلیدی تشخیص داده شد.
    کلیدواژگان: پوشش، تانتالم، کندوپاش مگنترونی، سختی، خوردگی
|
  • Arash Behzadineghad, Abbas Mohassel *, Hamid Omidvar, Nader Setoudeh Pages 1-15
    In this study, effects of alumina nanoparticles and stirring pass in mechanical behavior of friction stir welded AM60 magnesium alloy were studied. Microscopic analysis showed occurrence of dynamic recrystallization during plastic deformation in weld area and mechanical tests revealed optimum condition for hardness and tensile strength could be produced in 1200 rpm rotational speed not only in absence of reinforcing alumina nanoparticles but also in presence of them. Opposing effects of higher temperatures in grain growth and greater strains in lowering grain size should be considered. In lacking of alumina nanoparticles, grain size diminished with increasing stirring pass but in being nanoparticles, predominant mechanism in depressing grain size came from nanoparticles and negligible effect of stirring pass in grain size was found. XRD results showed increasing solubility of γ-Mg phase as a result of stirring operation. Better toughness performance of weldment was produced via decreasing size of agglomerated alumina particles. Higher hardness and greater ultimate tensile strength were achieved in specimens with alumina nanoparticle with increasing rotational speed. In a constant rotational speed, higher hardness and greater ultimate tensile strength achieved in samples having alumina nanoparticles in contrast with free alumina nanoparticle samples
    Keywords: Friction Stir Welding, AM60 alloy, stirring pass, Rotational Speed, agglomerated
  • Nahid Hassanzadeh Nemati *, Mohammad Babaiee, Erfan Chizari, Davood Malekpajouh Pages 17-25
    Zn-based alloys (Zn) with control of the production process have the potential to give rise to a wide range of properties required for use in short-term implants. For this purpose, in the present study, a Zn-4wt%Mn alloy was prepared by mechanical alloying in three times of 10, 20 and 30 hours. Then some blocks were made by Spark plasma sintering (SPS) process. Heat treatment of manufactured parts was performed at three temperatures of 150, 200 and 250 ° C. The samples were characterized using XRD, dynamic polarization corrosion test and MTT cell viability evaluation. Also, the surface morphology of the samples was determined using scanning electron microscopy (SEM). The results showed that increasing the milling time to 30 hours created a more homogeneous composition, and the heat treated sample at 250 ° C had the highest corrosion resistance. Cell viability of the heat treated samples at this temperature showed higher viability than other samples. The results of this study are expected to be used in short-term implants.
    Keywords: Zinc-Manganese alloy, Spark Plasma Sintering, mechanical alloying, Biodegradable, Heat treatment
  • Seyedeh Zahra Anvari *, Mahdi Rajabi, Safora Oshaghi Pages 27-40
    In this research, the bonding of aluminum matrix nanocomposites reinforced by Al3V particles was investigated using a transient liquid phase of bonding process and evaluating its properties. The effect of temperature and time of bonding on the properties was also investigated. For this purpose, Al-Al3V nanocomposite components were first prepared for bonding. The copper metal was used as the intermediate layer and bonding of these components was investigated by the transient liquid phase method at 560, 580 and 600°C, and 20, 40 and 60 min. Scanning electron microscopy was used to evaluate the microstructure of the joint. The shear strength of the joints was also evaluated by a pressure test device. The results indicated better bonding at 580 and 600°C than other samples. With increasing bonding temperature, the melt volume increased at the bonding joint and thus a wider surface area is filled by melt. According to the microhardness results, the maximum hardness of the joint is at 600 ° C for 20 min due to the diffusion of copper and formation of Al2Cu precipitated particles around the joint seam. The maximum joint shear strength of 65 MPa was achieved at 600 ° C for 40 min.
    Keywords: Transient Liquid Phase Bonding, nanocomposite, Aluminum matrix composites, Intermediate Layer, Shear strength
  • Abolhassan Najafi *, Gholamreza Khalaj, Milad Rahmani-Azad Pages 41-52
    In the present study, ZrB2 nano powders were synthesized using sol-gel method. Zirconium alkoxide was used as the source of zirconium and boric acid as the source of boron. The size of precursor nanoparticle was controlled using the pH parameter inside the sol, and the formation of primary nuclei of ZrB2 phase and their crystallized amount were investigated using the temperature parameter. To evaluate the mechanism of product formation during the sol-gel process, DLS analysis showed that the size of precursor particle inside the sol at pH less than 5 was below 10 nm. Mixing of precursor particles at molecular level inside the sol was one of the important reasons in reducing the synthesis temperature of ZrB2 particles. FTIR analysis on chemical bonds showed that Zr-O-B bond was formed inside the gel powder.DTA analysis showed that the primary nuclei of ZrB2 particles were formed at a temperature of about 1400 °C. XRD observations proved that the primary nuclei of the ZrB2 phase crystallized and grew at a temperature of about 1500°C. Surface research revealed that the specific surface area of the synthesized ZrB2 particles is equivalent to 115 m2/g, and also the surfaces of these particles are porous, and the size of these porosities is in meso range. SEM analysis showed that the particle size of ZrB2 having homogeneous morphology is about 50 nm. TEM microstructural analysis revealed that ZrB2 particles were formed uniformly and orderly in very fine dimensions.
    Keywords: Nano Materials, Mesoporous, Sol–gel process, ZrB2
  • Amirsalar Dehghani, Mahdi Tabatabaei, Mahdi, Vahid Abouei Mehrizi * Pages 53-68
    The impact of hybrid organic/inorganic pigments based on the herbal extract of Echium amoenum and zinc acetate on the corrosion protection performance of epoxy ester coating was investigated in this paper. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurement showed that the presence of hybrid pigment can expressively prevent the corrosion of steel in saline solution. The results of scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared (FTIR), visible ultraviolet (UV-Vis) spectroscopy and static contact angle proved the formation of chelates and protective complexes in the pigment structure. The inhibition efficiency of 89.3% shows the same point. The low-frequency impedance value of epoxy coating increased in the absence and presence of the hybrid pigment from 344 MΩ cm2 to 6056MΩ cm2. This parameter was calculated after 45 days for the blank coating and the one containing pigment 4.2 MΩ cm2 and 200 MΩ cm2, respectively, which indicates the role of pigment in increasing the barrier performance of the coating. Increasing the overall resistance values equivalent to 16343 Ω.cm2 in the epoxy coating containing pigments with synthetic scratches shows the active inhibitory role of hybrid pigments.
    Keywords: Organic, Inorganic Hybrid Pigment, Epoxy ester, Corrosion, EIS, XPS
  • Najmeh Motevalizadeh Ardakani, Saeid Baghshahi *, Saba Payrazm, Amirtaymour Aliabadizadeh Pages 69-78
    By controlling the synthesis conditions, hematite particles with different geometric shapes and different optical and magnetic properties can be obtained. In this study, due to its high potential for the synthesis of a wide range of particles with different shapes and sizes, the hydrothermal method was used for the synthesis of hematite. Iron (III) hexahydrate, ethanol, sodium acetate, and polyethylene glycol were used as raw materials. In this study, without using common organic solvents and in contrast with most previous researches that focused on the magnetic properties of hematite, Samples were synthesized at 180 and 250 °C and pHs 5, 7, and 11. The phase composition, particle shape, and optical properties of the particles were investigated by XRD, SEM, FTIR, and DRS methods. Hematite particles synthesized at the temperature of 180 °C at pHs 5, 7, and 11 had particle dimensions 293.47, 95.41, and 83.95 nm and at the temperature of 250 °C at pHs 5, 7, and 11 had particle dimensions 88.29, 73.79, and 59.33 nm respectively. As the pH increased, due to the smaller particle size and thus more light absorption, the color of the hematite powder darkened. By using XRD analysis and Scherer equation, it was found that the pH of the process did not affect the size of the unit cells, and the average size of the unit cells at both synthesis temperatures was 27.8 nm. However, the SEM images showed that by increasing pH the hematite particles became more spherical and smaller.
    Keywords: Hematite, Red pigment, Synthesis, Hydrothermal, colorimetric
  • Seyyed Alireza Hosseini *, Minasadt Emamian, Mostafa Alishahi Pages 79-93
    In this study, Ta, TaC and TaSiC coatings have been deposited by a non-reactive magnetron sputtering method, and their structural, microstructural, mechanical, and corrosion properties have been investigated. XRD results revealed the presence of α-Ta and TaC0.6 phase structures in the Ta and TaC coatings, respectively. However, the TaSiC coating showed a quasi-amorphous structure. Additionally, the Ta coating showed a columnar microstructure with rough topography and tensile residual stress, while the addition of carbon and silicon resulted in the compactness and smoothness and domination compressive residual stress in the TaC and TaSiC coatings. Nanoindentation results showed that the addition of carbon to the Ta coating increased the hardness by four times, however the addition of silicon to the TaC coating had an adverse effect on the hardness of the coating. The corrosion studies revealed that the coatings have a cathodic nature with respect to the ST37 substrate, making the samples susceptible to galvanic corrosion. Furthermore, the addition of carbon and silicon was found to improve the corrosion resistance of the coatings by increasing the coating compactness and decreasing the density of open porosities.
    Keywords: Coating, Tantalum, Magnetron sputtering, Hardness, Corrosion